DE2353942A1 - Verfahren zur herstellung einer loetfesten kupferschicht - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer loetfesten kupferschichtInfo
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Description
23.10.73 Rs/Hm '
Anlage zur
Patent anmeldung
Patent anmeldung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, zur Herstellung einer
lötfesten Kupferschicht auf einem Substrat mittels Kathodenzerstäubung.
Einfache Dünnschichtschaltungeri werden hergestellt aus einem
auf dem Substrat aufgebrachten Schichtsystem, welches aus der
eigentlichen Widerstandsschicht und der gut. leitfähigen Kontaktierungsschicht
besteht. Die Widerstandsschicht enthält Nickelchrom (Ni Cr), Tantalnitrid (Ta2 N) und ähnliche.
Sofern Anschlüsse auf der Kontaktierungsschicht durch Löten
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befestigt werden sollen, darf diese sich nicht im Lot auflösen, daß heißt sie muß lötfest sein. Bei bekannten Kontaktierungsschichten
erreicht man dies entweder dadurch, daß reine Kupferschichten in ausreichender Schichtdicke aufgebracht
werden, wobei außer Kupfer auch Edelmetalle Verwendung finden, oder dadurch, daß in oder unter der Schicht
sogenannte Diffusionsbremsen eingebaut werden in Form weiterer Schichten aus Eisen, Nickel, Platin, Wolfram oder ähnlichem.
Das Durchlegieren wird besonders schwierig zu beherrschen, wenn zinnreiches Lot, zum Beispiel eutektisches Blei-Zinn-Lot
verwendet wird. Die Herstellung von Schichtfolgen und dicken
Schichten ist aufwendig und häufig mit besonderen fertigungs- und verfahrenstechnischen Schwierigkeiten verknüpft; hierzu
gehören die Beherrschung der Haftfestigkeit, der Phosphorgehalt stromlos aufgebrachter Nickelschichten und die Oxidationsgefahr
von Eisenschichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst dünne Kupferschichten mit geringem verfahrenstechnischem und
fertigungstechnischem Aufwand auf Substrate, insbesondere für Dünnschichtschaltungen, aufzubringen, wobei die Legierungsfreudigkeit
des Kupfers soweit herabgesetzt wird, daß ein Durchlegieren der Kupferschicht beim Festlöten von
Anschlüssen nicht auftritt. . -
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem
vorzugsweise aus Argon bestehenden Zerstäubungsgas beim Aufstäuben der Kupferschicht ein weiteres Gas zugesetzt wird,
welches teilweise in die Kupferschicht eingebaut wird und die Legierungsfähigkeit des abgeschiedenen Kupfers veringert, ohne
daß die Leitfähigkeit gegenüber massivem Reinkupfer stark reduziert wird.
-3-
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2353342
Als gasförmige Zusätze zum Zerstäubungsgas haben sich" Luft, Stickstoff und Sauerstoff'besonders, bewährt.
Der günstigste volumenmäßig Anteil dieser Zusätze ist zwar nicht bei allen Gasen der gleiche sondern er schwankt zwischen
0,5 und 16 % ; die besten Erfolge wurden jedoch erreicht bei
Zusätzen zwischen 2 und 4 Volumen-^ des Zerstäubungsgases.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte man sehr lötfeste
Kupferschichten, welche einerseits sehr dünn in der Größenordnung von ca. 0,5 /um ausgebildet werden konnten und
Vielehe ferner ohne als Diffusionsbremse wirkende Zwischenschicht
und ohne Legierungszusätze auskommen.
Weitere Einze/lheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Verfahrens werden anschließend an Hand eines Ausführungsbeispieles
noch näher erläutert.
Die Schichten werden mit Hilfe der Kathodenzerstäubung hergestellt,
wobei dem in der Regel aus Argon bestehenden Zerstäubungsgas Stickstoff CNp), tuft oder Sauerstoff (Op) zugegeben
werden. Die Herstellung der Schichten wird so durchgeführt,
daß die Leitfähigkeit des abgeschiedenen Kupfers gegenüber massiven Reinkupfer um einen Paktor von 5 bis 7
durch Gaseinbau verengert wird. Dieser Faktor kann auch noch bis auf einen Wert von 2,5 sinken und bis zu einen Wert von 15
anwachsen.
Die weiterhin metallisch blanken Schichten werden mittels
Gleichstrom-Kathodenzerstäubung in einer Diodenanordnung ":
hergestellt. Die Zerstäubungsspannung beträgt 3 bis 8 kV,
—2 vorzugsweise 6 kV, die Stromdichte 1,2 mAcm j b.ei der
Versuchsanordnung hat sich ein ein Abstand zwischen Kathode
und Substrat von 555 bis 6 cm bei einer Kathodenfläche von
826 cm und einem Gasdurchsatz von l*.l/h als zweckmäßig
. 50 9 8 1 9 /Jo 11 Ί
erwiesen, wobei die besten Schichten bei einem Stickstoff oder Luftzusatz von ca. 2 bis k Volumen-% erzielt worden sind. Die
Schichtdicke der aufgestäubten Kupferschichten betrug 0,5/um.
Diese Werte stellen einen vorteilhaften Satz von Zerstäubungsparametern
dar, welche jedoch auch unter entpsrechender Berück- ' sichtigung der Abhängigkeiten abgeändert werden können. Die
Abstäubrate sinkt bemerkenswerterweise erst bei sehr hohen
Sauerstoffzusätzen oberhalb etwa 10 % ab.
Die Lötfestigkeit der Kupferschicht wird wie folgt geprüft:
Auf "dem mit der Widerstands- und der Leitschicht versehenen
2 Substrat wird ein Schaltungsmuster erzeugt , daß 1,5 x 1,5· mm
■große Anschlußpunkte enthält. Das Substrat wird in flüssiges
Flußmittel getaucht und anschließend für sechs Sekunden in das flüssige^ eutektische Blei-Zinn-Lot mit einem. Anteil von
«4 G*w.% Silber gebracht; danach kühlt man es außerhalb des Lötbades
#ieder^?iuf Raumtemperatur ab. Diese Vorgang wird solange
wiederholt, bis - meist von den Rändern her anfangend - die lotbedeckte Fläche, auf dem Anschluß kleiner wird. Die Zahl
der Versuche vor dem Durchlegieren der Kupferschicht ist ein
Maß für die Lot festigkeit."
Durchgeführte Versuche ergaben dbei den genannten Parametern ~
eine Verbesserung gegenüber möglichst sauber hergestellten Schichten schon bei Luftzusätzen von 0,5 Volumen-^. Die Lot festigkeit
bleibt nur ganz gering hinter derjenigen zurück, die mit sehr viel höhrem Aufwand mit 2000 A dicken Eisen-Zwischen-schichten
erreicht wird. Für die praktischen Anwendungsfälle reicht die nach
dem erfindungsgemäßen, sehr viel einfacheren, sichereren und
störungsunempfindlicheren Verfahren hergestellte Kupferschicht völlig aus.
Das erfindungs gemäße Herstellverfahren besitzt eine Reihe von.
-5-
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ORIGINAL INSPECTED
Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren. Die Abstäubraten von
Kupfer liegen höher als die von Schichtmaterialien, welche
als Diffusionsbremsen geeignet sind. Hierdurch ergibt sich eine
beachtliche Kapazitätserhöhung in der'Fertigung. Korrosionsprobleme,
wie sie bei Eisen-Zwischenschichten auftreten, gibt es
bei der erfindungsgemäßen Kupferschicht nicht. Ferner ist die
Haftfestigkeit der Kupferschichten auf Tantal-Oxidnitridschichten
verbessert. Die zur Aufstäubung erforderlichen Anlagen können
wesentlich vereinfacht werden, insbesondere auf Grund der Vereinfachung
des Aufbaus der Kathoden. Widerstandsänderungen der
ersten Schicht können bei konstantgehaltenen Aufstäubparametern
konstant und vorhersagbar gemacht werden. '
-6-
509819/0117
Claims (10)
- AnsprücheVerfahren zur Herstellung einer lötfesten Kupferschicht auf einem Substrat mittels Kathodenzerstäubung, dadurch gekennzeichnet, daß dem vorzugsweise aus Argon bestehenden Zerstäubungsgas beim Aufstäuben der Kupferschicht ein weiteres Gas zugesetzt wird, welches teilweise in die Kupfe-rschicht eingebaut wird und die Legierungsfähigkeit des abgeschiedenen Kupfers verringert, ohne daß die Leitfähigkeit gegenüber massivem Reinkupfer stark reduziert wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zerstäubungsgas Stickstoff (N?) zugesetzt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, daß dem Zerstäubungsgas Sauerstoff (0„) zugesetzt wird.
- *l. Verfahren nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß dem." Zerstäubungsgas Luft zugesetzt wird.
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß der Volumen-Anteil des zugesetzten-Gases'im Zerstäubungsgas ca. 0,5 % bis 16 %, vorzugsweise 2 % bis 4 % beträgt.-7-50981 9/0 117
- 6* Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht ohne als Diffusions-· bremse wirkende Zwischenschicht unmittelbar auf das Substrat aufgestäubt wird.
- 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht frei von Legierungszusätzen ist.. .
- 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzerstäubung bei einer Gleichsp'annung von ca. 3" ·*- 8 kV, vorzugsweise von 6 kV in einer Diodenanordnung erfolgt,.
- 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdurchsatz durch das Zerstäubungsgefäß etwa-1 · l/h beträgt.
- 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht, in einer Dicke von ca. 0,5/im aufgestäubt wird.5098 19 /0 11 7
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| OHN | Withdrawal |